componente nucleica (1500 basi) della subunità 30S RNA ribosomiale rRNA 16S componente nucleica (1500 basi) della subunità 30S

L’albero della vita predetto da Carl Woese nel 1990 in base all’RNA 16S

Albero filogenetico definito sulla base della sequenza dell’ RNA ribosomiale Tre domini di organismi : Batteri ed Archea con un ‘organizzazione cellulare di tipo procariotico ( solo microrganismi) Eucarioti comprende microrganismi e macrorganismi

Albero filogenetico degli Archea: 2 sottogruppi primari: 1. Ipertermofili primari 2. Metanogeni, Alofili e Acidofili estremi ENV Marine sono microrganismi non coltivabili identificati per sequenziamento

Intervalli di temperatura di crescita di alcune forme di vita. I Batteri e gli Archea sono gli organismi con uno spettro di T° più ampio ( -0°C a +115°C). I soli microrganismi che possono crescere sopra 92°C sono gli Archea

Relazione tra temperatura e velocità di crescita dai 4°C ai 106°C

Influenza della temperatura All’aumentare della temperatura le reazioni chimiche ed enzimatiche della cellula procedono ad una velocità maggiore. Oltre una certa temperatura le proteine vengono danneggiate Per ogni organismo è possibile definire le temperature cardinali Temperatura minima al disotto della quale non si ha crescita Temperatura ottimale alla quale si ha la massima velocità di crescita Temperatura massima al disopra della quale non si ha crescita

La Parete cellulare negli Archea Per gli Archea metanogeni ed alofili estremi sono stati descritti vari tipi di parete cellulare . Methanobacterium, Methanobrevibacter e Methanothermus posseggono una sostanza simile al peptidoglicano definita pseudopeptidoglicano Nello pseudopetidoglicano è assente il NAM il legame tra NAG e NtalM è b 1-3 AA in conformazione L Non si ritrovano pareti costituite da pseudopeptidoglicano nei termofili estremi

I componenti fondamentali del peptidoglicano NAG NAM L-alanina Acido D- glutammico Acido diaminopimelico o L-Lisina D-Alanina Figure: 04-30 Caption: Structure of one of the repeating units of the peptidoglycan cell wall structure, the glycan tetrapeptide. The structure given is that found in Escherichia coli and most other gram-negative Bacteria. In some Bacteria, other amino acids are found.

Pseudopeptidoglicano negli Archea Alcune specie di Archea possiedono come parete una struttura simile al peptidoglicano pseudopeptidoglicano costitutito da unità ripetute di N- Acetilglucosamina e di Acido N-acetil talasominuronico. E’ assente il NAM il legame è b 1-3 AA in conformazione L

Parete cellulare degli Archea puo essere costituita da polisaccaridi glicoproteine proteine Polisaccaridi: Methanosarcina contiene una spessa parete polisaccaridica formata da Glucosio, acido glucoronico, galattosamina e acetato. La struttura della parete di è simile a lla CONDROITINA, uno dei componenti principali del tessuto connettivo ma non contiene solfato Non si ritrovano pareti costituite da pseudopeptidoglicano o solo polisaccaridi nei termofili estremi

Alcuni alofili estremi come Halococcus contengono una parete di polisaccaridi simile a Methanosarcina ma con acetati e abbondanti residui solfato UA acido uronico

La parete di glicoproteine Alcuni metanogeni, alofili e termofili estremi hanno una parete cellulare costituita da glicoproteine generalmente a simmetria esagonale I carboidrati presenti sono esoso come glucosio, glucosammina, galattosio e mannnosio , pentosi come ribosio e arabinosio

Parete di glicoproteine Nella parete dell’alofilo estremo Halobacterium costituita da glicoproteine sono presenti in abbondanza AA acidi (carichi negativamente) che servono per bilanciare l’alta concentrazione in NA+ dell’ambiente Halobacterium richiede un 20-25% di NaCl per mantenere intatta la parete. Se la concentrazione scende al 15% le cellule cominciano a formare sferoplasti (cellule prive di parete) perché i componenti della parete sono instabili. A concentrazioni del 10% la cellula va incontro a lisi

Termofili estremi hanno la parete costituita da glicoproteine Solfolobus è costituita da una rete di glicoproteine ed è resistente alla bollitura in presenza di detergenti Pyrodictium il microrganismo che cresce alla più elevata temperatura 110°C ha una parete di glicoproteine

Strato S Struttura della parete formata da glicoproteine che formano uno strato paracristallino

La parete di proteine Alcuni metanogeni hanno la parete costituita da ripetizioni di solo PROTEINE Methanococcus e Methanobacterium hanno la parete costituita dal ripetersi di varie proteine Methanospirillum si trova solo una proteina che forma una specie di capside intorno alla cellula.

Gli Archea privi di parete Thermoplasma e Ferroplasma chemiorganotrofo cresce a pH2 e T 55°C in grado di utilizzare zolfo per la respirazione aerobia o anaerobia. Il genoma è molto piccolo come quello dei micoplasmi 1.5 MB (1500 kb) Il DNA è associato a proteine fortemente basiche che lo organizzano in strutture nucleosoma simili . Le proteine istoniche di Thermoplasma assomigliano alle proteine istoniche dei Eucarioti

Struttura del LIPOGLICANO Thermoplasma per sopportare i due ambienti estremi in cui vive basso pH e alta temperatura ha evoluto una membrana chimicamente unica contenente un lipopolisaccaride costituito da un lipide tetraeterico con unità di mannosio e glucosio. Inoltre la membrana contiene glicoproteine ma non steroli Figure: 13-11 Caption: Structure of the tetraether lipoglycan of Thermoplasma acidophilum. Glu, Glucose; Man, mannose. Note the ether linkages (shown in green) (compare with Figure 4.20b).

Dove si ritrovano? Thermoplasma acidophilum negli scarti dell’estrazione di carbone soggetti ad autocombustione Le cellule hanno un diametro 0.2 a 5mm Thermoplasma volcanium si trova in areee calde ed acide in vari continenti. Estremamente mobile ricco di flagelli

Ferroplasma è un chemiolitotrofo, privo di parete cellulare Non è termofilo ma cresce a 35°C. Trae energia dall’ossidazione di Fe2+ a Fe3+ Utilizza CO2 come fonte di carbonio. Cresce nei depositi minerari di piriti dove provoca abbassamento di pH L’attività di Ferroplasma ha luogo in acque acide a pH0

La membrana citoplasmatica degli Archea ha una struttura unica doppio strato lipidico idrocarburo= fitanile momonostrato lipidico idrocarburo= bifitanile

Differenze tra la membrana dei Batteri e degli Archea Negli Archea 1. il fosfato è esterificato con il glicerolo in C1 ( L-glicerolo) 2. le catene alifatiche sono costituite da isoprenoidi ( e non acidi grassi) 3. Il gruppo alcolico terminale è condensato con il glicerolo tramite legame ETERE e non ESTERE

I lipidi degli Archea formano un’impalcatura rigida che mantiene una notevole impermeabilità anche alle alte temperature grazie ad una minore mobilità degli isoprenoidi.

Gli Archea non contengono ACIDI GRASSI Le catene laterali dei lipidi negli Archea sono costituite da unità ripeture di ISOPRENE, un idrocarburo a catena ramificata e Gli Archea non contengono ACIDI GRASSI possiedono legame ETERE tra il glicerolo e le catene laterali idrofobiche FITANO Fitano BIFITANO

Legame ESTERE lega gli acidi grassi al glicerolo nei fosfolipidi della membrana dei Batteri Legame ETERE lega il fitano e il bifitano al glicerolo nella membrana degli Archea

Figure: 13-13 Caption: Methanopyrus. Methanopyrus grows optimally at 100°C and can make CH4 only from CO2 + H2. (b) Structure of the novel lipid of M. kandleri. This is the normal ether-linked lipid of the Archaea (Section 4.5) with the exception that the side chains are an unsaturated form of phytanyl called geranylgeraniol. It is thought that this unusual lipid predated the appearance of saturated phytanyl lipids, and that Methanopyrus is therefore a descendant of a very ancient lineage of Archaea; the data of Figure 13.1 support this hypothesis.

DIVERSE ORGANIZZAZIONI DELLA MEMBRANA DEGLI ARCHEA Doppio strato lipidico Monostrato lipidico Alternanza di mono e doppiostrato lipidico

Le membrane costituite da un monostrato di DIFITANILE tetraeteri di glicerolo membrane uniche tra i viventi sono + rigide si ritrovano negli ipertermofili. controllano la fluidità variando il numero di anelli ciclopentanici

BIFITANO è un tetraetere del glicerolo: le catene di fitanile (composto da 4 catene di isoprene) sono legate covalentemente alle catene laterali di glicerolo BIFITANO L’introduzione di anelli pentaciclici riduce la lunghezza della catena di indrocarburi